JP3432720B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法Info
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- JP3432720B2 JP3432720B2 JP26774897A JP26774897A JP3432720B2 JP 3432720 B2 JP3432720 B2 JP 3432720B2 JP 26774897 A JP26774897 A JP 26774897A JP 26774897 A JP26774897 A JP 26774897A JP 3432720 B2 JP3432720 B2 JP 3432720B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子サイクロトロ
ン共鳴を用いたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
に関する。
ン共鳴を用いたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近において、成膜処理やエッチングな
どをプラズマを用いて行う手法の一つとして、磁場中で
の電子のサイクロトロン運動とマイクロ波との共鳴現象
を用いてマイクロ波放電を起こすＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラ
ズマ処理方法が注目されている。この方法によれば、高
真空で高密度のプラズマを無電極放電で生成できるた
め、高速な表面処理を実現でき、またウエハの汚染のお
それがないなどの利点がある。
どをプラズマを用いて行う手法の一つとして、磁場中で
の電子のサイクロトロン運動とマイクロ波との共鳴現象
を用いてマイクロ波放電を起こすＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラ
ズマ処理方法が注目されている。この方法によれば、高
真空で高密度のプラズマを無電極放電で生成できるた
め、高速な表面処理を実現でき、またウエハの汚染のお
それがないなどの利点がある。
【０００３】このＥＣＲプラズマ処理を行なう従来のプ
ラズマ処理装置の一例を、成膜処理を例にとって図７に
基づいて説明すると、プラズマ生成室１Ａ内に例えば
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管１１を介して供給
すると同時に例えば図７の点線の位置の磁場の強さが８
７５ガウスとなるように電磁コイル１２により印加して
マイクロ波と磁界との相互作用（共鳴）でプラズマ生成
用ガス例えばＡｒガス及びＯ2 ガスを高密度にプラズマ
化し、このプラズマにより、成膜室１Ｂ内に導入された
反応性ガス例えばＳｉＨ4 ガスを活性化させて活性種を
形成し、載置台１３上の半導体ウエハＷ表面にスパッタ
エッチングと堆積とを同時進行で施すようになってい
る。相反するスパッタエッチング操作と堆積操作はマク
ロ的に見れば堆積操作の方が優勢となるようにコントロ
ール（制御）され、全体としては堆積が行われる。
ラズマ処理装置の一例を、成膜処理を例にとって図７に
基づいて説明すると、プラズマ生成室１Ａ内に例えば
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管１１を介して供給
すると同時に例えば図７の点線の位置の磁場の強さが８
７５ガウスとなるように電磁コイル１２により印加して
マイクロ波と磁界との相互作用（共鳴）でプラズマ生成
用ガス例えばＡｒガス及びＯ2 ガスを高密度にプラズマ
化し、このプラズマにより、成膜室１Ｂ内に導入された
反応性ガス例えばＳｉＨ4 ガスを活性化させて活性種を
形成し、載置台１３上の半導体ウエハＷ表面にスパッタ
エッチングと堆積とを同時進行で施すようになってい
る。相反するスパッタエッチング操作と堆積操作はマク
ロ的に見れば堆積操作の方が優勢となるようにコントロ
ール（制御）され、全体としては堆積が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】真空容器内において８
７５ガウスの磁場が形成される領域はＥＣＲポイントな
どと呼ばれ、図７の点線領域で示すように電磁コイル１
２の下端付近のレベルに位置している。ＥＣＲポイント
では磁力線はウエハＷの表面に対してほぼ垂直であり、
プラズマの密度が最も大きい。磁力線はウエハＷに向か
って広がり、この広がりに対応してプラズマも広がって
いく。
７５ガウスの磁場が形成される領域はＥＣＲポイントな
どと呼ばれ、図７の点線領域で示すように電磁コイル１
２の下端付近のレベルに位置している。ＥＣＲポイント
では磁力線はウエハＷの表面に対してほぼ垂直であり、
プラズマの密度が最も大きい。磁力線はウエハＷに向か
って広がり、この広がりに対応してプラズマも広がって
いく。
【０００５】ところでウエハＷ表面において磁力線が斜
めに横切ると、つまり磁場の水平方向の強さ（磁場の強
さの水平成分）Ｂｒが存在すると、イオンと電子の入射
の不均一が起きたり、シース近傍の電子のＥ（電界）×
Ｂ（磁界）ドリフト等により、膜を電気的に損傷するお
それがあり、このためＢｒがほぼ零になるように、例え
ば真空容器の下方側に別の電磁コイルを配置して磁場を
調整することも検討されている。そしてＢｒの値として
は３０ガウス以内であれば膜の損傷が抑えられることが
把握されている。
めに横切ると、つまり磁場の水平方向の強さ（磁場の強
さの水平成分）Ｂｒが存在すると、イオンと電子の入射
の不均一が起きたり、シース近傍の電子のＥ（電界）×
Ｂ（磁界）ドリフト等により、膜を電気的に損傷するお
それがあり、このためＢｒがほぼ零になるように、例え
ば真空容器の下方側に別の電磁コイルを配置して磁場を
調整することも検討されている。そしてＢｒの値として
は３０ガウス以内であれば膜の損傷が抑えられることが
把握されている。
【０００６】しかしながらＥＣＲポイントで束ねられた
磁束が末広がりになって外側に膨らむ格好になるため、
磁場の強さの垂直成分ＢｚがウエハＷの中心から外側へ
離れるにつれて小さくなる。プラズマ中の活性粒子は磁
力線に絡んで降りてくるため、Ｂｚの大きさのばらつき
がプラズマ密度に反映され、このため成膜処理であれば
中央の膜厚が大きくなり、膜厚分布が山形になり、高い
面内均一性を得ることが難しいという問題がある。
磁束が末広がりになって外側に膨らむ格好になるため、
磁場の強さの垂直成分ＢｚがウエハＷの中心から外側へ
離れるにつれて小さくなる。プラズマ中の活性粒子は磁
力線に絡んで降りてくるため、Ｂｚの大きさのばらつき
がプラズマ密度に反映され、このため成膜処理であれば
中央の膜厚が大きくなり、膜厚分布が山形になり、高い
面内均一性を得ることが難しいという問題がある。
【０００７】本発明は、このような事情の下になされた
ものでありその目的は、ＥＣＲを用いたプラズマ処理装
置において面内均一性の高いプラズマ処理を行うことの
できる装置及び方法を提供することにある。
ものでありその目的は、ＥＣＲを用いたプラズマ処理装
置において面内均一性の高いプラズマ処理を行うことの
できる装置及び方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空室内に磁
場形成手段により磁場を形成すると共にマイクロ波を伝
播させ、かつ処理ガスを導入して電子サイクロトロン共
鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマに基づいて
載置部に載置された被処理基板を処理する装置におい
て、磁場形成手段は、被処理基板の被処理面に対向する
領域を囲むように被処理基板の中心軸の周りに設けられ
た第１の電磁コイルと、少なくとも前記被処理基板より
も下方側の領域で前記中心軸の周りに設けられ、第１の
電磁コイルよりもコイル径が大きい第２の電磁コイル
と、からなり、前記被処理基板の表面に平行な磁場の強
さを３０ガウス以下とし、前記被処理基板における当該
被処理基板の表面に垂直な磁場の強さの最大値と最小値
との差を３０ガウス以内とし、前記垂直な磁場の強さ
は、基板の中心から外に向かうほど小さくなっていくこ
とを特徴とする。なお本発明は、方法としても成立する
ものである。
場形成手段により磁場を形成すると共にマイクロ波を伝
播させ、かつ処理ガスを導入して電子サイクロトロン共
鳴によりプラズマを発生させ、このプラズマに基づいて
載置部に載置された被処理基板を処理する装置におい
て、磁場形成手段は、被処理基板の被処理面に対向する
領域を囲むように被処理基板の中心軸の周りに設けられ
た第１の電磁コイルと、少なくとも前記被処理基板より
も下方側の領域で前記中心軸の周りに設けられ、第１の
電磁コイルよりもコイル径が大きい第２の電磁コイル
と、からなり、前記被処理基板の表面に平行な磁場の強
さを３０ガウス以下とし、前記被処理基板における当該
被処理基板の表面に垂直な磁場の強さの最大値と最小値
との差を３０ガウス以内とし、前記垂直な磁場の強さ
は、基板の中心から外に向かうほど小さくなっていくこ
とを特徴とする。なお本発明は、方法としても成立する
ものである。
【０００９】磁場形成手段は、例えば被処理基板の被処
理面に対向する領域を囲むように被処理基板の中心軸の
周りに設けられた第１の電磁コイルと、少なくとも前記
被処理基板よりも下方側の領域を囲むように前記中心軸
の周りに設けられた第２の電磁コイルと、からなり、ま
た例えば第２の電磁コイルは、第１の電磁コイルよりも
コイル径が大きいものが用いられる。
理面に対向する領域を囲むように被処理基板の中心軸の
周りに設けられた第１の電磁コイルと、少なくとも前記
被処理基板よりも下方側の領域を囲むように前記中心軸
の周りに設けられた第２の電磁コイルと、からなり、ま
た例えば第２の電磁コイルは、第１の電磁コイルよりも
コイル径が大きいものが用いられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、この実施の形態に用いら
れるプラズマ処理装置の一例を示す図である。図示する
ようにこのプラズマ処理装置は、例えばアルミニウム等
により形成された真空容器２を有しており、この真空容
器２は上方に位置してプラズマを発生させる円筒状の第
１の真空室２１と、この下方に連通するように連結され
た円筒状の第２の真空室２２とからなる。なおこの真空
容器２は接地されてゼロ電位になっている。
れるプラズマ処理装置の一例を示す図である。図示する
ようにこのプラズマ処理装置は、例えばアルミニウム等
により形成された真空容器２を有しており、この真空容
器２は上方に位置してプラズマを発生させる円筒状の第
１の真空室２１と、この下方に連通するように連結され
た円筒状の第２の真空室２２とからなる。なおこの真空
容器２は接地されてゼロ電位になっている。
【００１１】この真空容器２の上端は、開口されてこの
部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で
形成された透過窓２３が気密に設けられており、真空容
器２内の真空状態を維持するようになっている。この透
過窓２３の外側には、例えば２．４５ＧＨｚのプラズマ
発生用高周波供給手段としての高周波電源部２４に接続
された導波管２５が設けられており、高周波電源部２４
により発生したマイクロ波Ｍを例えばＴＥモードにより
導波管２５で案内して透過窓２３から第１の真空室２１
内へ導入し得るようになっている。
部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で
形成された透過窓２３が気密に設けられており、真空容
器２内の真空状態を維持するようになっている。この透
過窓２３の外側には、例えば２．４５ＧＨｚのプラズマ
発生用高周波供給手段としての高周波電源部２４に接続
された導波管２５が設けられており、高周波電源部２４
により発生したマイクロ波Ｍを例えばＴＥモードにより
導波管２５で案内して透過窓２３から第１の真空室２１
内へ導入し得るようになっている。
【００１２】第１の真空室２１を区画する側壁には例え
ばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル３１が
設けられると共にこのノズル３１には、図示しないガス
源、例えばＡｒガスやＯ2 ガス源が接続されており、第
１の真空室２１内の上部にＡｒガスやＯ2 ガス等をムラ
なく均等に供給し得るようになっている。なお図中ノズ
ル３１は図面の煩雑化を避けるため２本しか記載してい
ないが、実際にはそれ以上設けている。
ばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル３１が
設けられると共にこのノズル３１には、図示しないガス
源、例えばＡｒガスやＯ2 ガス源が接続されており、第
１の真空室２１内の上部にＡｒガスやＯ2 ガス等をムラ
なく均等に供給し得るようになっている。なお図中ノズ
ル３１は図面の煩雑化を避けるため２本しか記載してい
ないが、実際にはそれ以上設けている。
【００１３】一方前記第２の真空室２２の上部即ち第１
の真空室２１と連通している部分には、リング状の成膜
ガス供給部３２が設けられており、内周面から成膜ガス
が噴出するようになっている。また第２の真空室２２内
には、載置台４が処理位置とウエハＷの受け渡し位置の
間で昇降自在に設けられている。この載置台４は、例え
ばアルミニウム製の本体４１の上に、ヒータを内蔵した
静電チャック４２を設けてなり、静電チャック４２の電
極にはウエハＷにイオンを引き込むためのバイアス電圧
を印加するように例えば高周波電源部４３が接続されて
いる。また第２の真空室２２の底部には排気管４４が接
続されている。
の真空室２１と連通している部分には、リング状の成膜
ガス供給部３２が設けられており、内周面から成膜ガス
が噴出するようになっている。また第２の真空室２２内
には、載置台４が処理位置とウエハＷの受け渡し位置の
間で昇降自在に設けられている。この載置台４は、例え
ばアルミニウム製の本体４１の上に、ヒータを内蔵した
静電チャック４２を設けてなり、静電チャック４２の電
極にはウエハＷにイオンを引き込むためのバイアス電圧
を印加するように例えば高周波電源部４３が接続されて
いる。また第２の真空室２２の底部には排気管４４が接
続されている。
【００１４】前記第１の真空室２１を区画する側壁の外
周には、これに接近させて磁場形成手段として例えばリ
ング状の第１の電磁コイル３が載置台４上のウエハＷの
中心軸を囲むように配置されると共に、第２の真空室２
２を区画する側壁の外周には、これに接近させて磁場形
成手段をなすリング状の第２の電磁コイル５が前記ウエ
ハＷの中心軸を囲むように配置されている。
周には、これに接近させて磁場形成手段として例えばリ
ング状の第１の電磁コイル３が載置台４上のウエハＷの
中心軸を囲むように配置されると共に、第２の真空室２
２を区画する側壁の外周には、これに接近させて磁場形
成手段をなすリング状の第２の電磁コイル５が前記ウエ
ハＷの中心軸を囲むように配置されている。
【００１５】第１の電磁コイル３は、点線で示すガス供
給部３２の若干上方位置Ｐに電子サイクトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）条件が満たされるように例えば８７５ガウスの磁
場を形成する役割を主として有する。なおこの位置Ｐ
（ＥＣＰポイント）においては、磁場の水平成分Ｂｒが
ほぼ零となるようにかつ磁場の垂直成分のばらつきΔＢ
ｚが例えば３０ガウス以内となるように電流が設定され
る。第２の電磁コイル５は、第１の電磁コイル３で形成
された末広がりの磁束を絞って、ウエハＷ表面における
磁場の水平成分（水平方向の磁場の強さ）Ｂｒがほぼ零
となるように、またウエハＷ表面における磁場の垂直成
分（垂直方向の磁場の強さ）Ｂｚの最大値と最小値との
差がほぼ零となるように磁場を形成するための役割を主
として有する。
給部３２の若干上方位置Ｐに電子サイクトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）条件が満たされるように例えば８７５ガウスの磁
場を形成する役割を主として有する。なおこの位置Ｐ
（ＥＣＰポイント）においては、磁場の水平成分Ｂｒが
ほぼ零となるようにかつ磁場の垂直成分のばらつきΔＢ
ｚが例えば３０ガウス以内となるように電流が設定され
る。第２の電磁コイル５は、第１の電磁コイル３で形成
された末広がりの磁束を絞って、ウエハＷ表面における
磁場の水平成分（水平方向の磁場の強さ）Ｂｒがほぼ零
となるように、またウエハＷ表面における磁場の垂直成
分（垂直方向の磁場の強さ）Ｂｚの最大値と最小値との
差がほぼ零となるように磁場を形成するための役割を主
として有する。
【００１６】このような条件を満たすために、第１の電
磁コイル３の下端は、処理位置に置かれたウエハＷより
も例えば１８０ｍｍ上方に位置し、第２の電磁コイル５
の上端は処理位置に置かれたウエハＷよりも例えば４０
ｍｍ下方に位置している。また第１の電磁コイル３及び
第２の電磁コイル５の内径は夫々例えば３５０ｍｍ及び
５００ｍｍとされ、第１の電磁コイル３及び第２の電磁
コイル５に流す励磁電流は夫々例えば７９Ａ及び９０Ａ
に設定される。
磁コイル３の下端は、処理位置に置かれたウエハＷより
も例えば１８０ｍｍ上方に位置し、第２の電磁コイル５
の上端は処理位置に置かれたウエハＷよりも例えば４０
ｍｍ下方に位置している。また第１の電磁コイル３及び
第２の電磁コイル５の内径は夫々例えば３５０ｍｍ及び
５００ｍｍとされ、第１の電磁コイル３及び第２の電磁
コイル５に流す励磁電流は夫々例えば７９Ａ及び９０Ａ
に設定される。
【００１７】次に上述の装置を用いて被処理基板である
ウエハＷ上に例えばＳｉＯ2 膜よりなる層間絶縁膜を形
成する方法について説明する。先ず、真空容器２の側壁
に設けた図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬
送アームにより、例えば表面にアルミニウム配線が形成
された被処理基板であるウエハＷを図示しないロードロ
ック室から搬入して載置台４上に載置する。
ウエハＷ上に例えばＳｉＯ2 膜よりなる層間絶縁膜を形
成する方法について説明する。先ず、真空容器２の側壁
に設けた図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬
送アームにより、例えば表面にアルミニウム配線が形成
された被処理基板であるウエハＷを図示しないロードロ
ック室から搬入して載置台４上に載置する。
【００１８】続いて、このゲートバルブを閉じて内部を
密閉した後、載置台４を処理位置まで上昇させ、排気管
４４より内部雰囲気を排出して所定の真空度まで真空引
きし、プラズマガスノズル３１から第１の真空室２１内
へプラズマ発生用ガス例えばＡｒガス及びＯ2 ガスを導
入すると共に成膜ガス供給部３２から第２真空室２２内
へ成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガスを所定の流量で導入す
る。そして真空容器２内を所定のプロセス圧に維持し、
かつ高周波電源部４３により載置台４に１３．５６ＭＨ
ｚ、１５００Ｗのバイアス電圧を印加すると共に、載置
台４の表面温度をおよそ３００℃に設定する。
密閉した後、載置台４を処理位置まで上昇させ、排気管
４４より内部雰囲気を排出して所定の真空度まで真空引
きし、プラズマガスノズル３１から第１の真空室２１内
へプラズマ発生用ガス例えばＡｒガス及びＯ2 ガスを導
入すると共に成膜ガス供給部３２から第２真空室２２内
へ成膜ガス例えばＳｉＨ4 ガスを所定の流量で導入す
る。そして真空容器２内を所定のプロセス圧に維持し、
かつ高周波電源部４３により載置台４に１３．５６ＭＨ
ｚ、１５００Ｗのバイアス電圧を印加すると共に、載置
台４の表面温度をおよそ３００℃に設定する。
【００１９】高周波電源部２４からの２．４５ＧＨｚの
高周波（マイクロ波）は、導波管２５を搬送されて真空
容器２の天井部に至り、ここの透過窓２３を透過してマ
イクロ波Ｍが第１の真空室２１内へ導入される。一方真
空室２内には第１の電磁コイル３により上から下に向か
う磁場が、また第２の電磁コイル５により上から下に向
かう磁場が夫々形成され、結果として図２に示すように
第１の真空室２１の上部から第２の真空室２２の下部に
向かう磁場が形成される。そして前記位置Ｐ（ＥＣＲポ
イント）では磁場の強さが８７５ガウスとなり、磁場と
マイクロ波Ｍとの相互作用により電子サイクロトロン共
鳴が生じ、この共鳴によりＡｒガスがプラズマ化され、
且つ高密度化される。なおＡｒガスを用いることにより
プラズマが安定する。
高周波（マイクロ波）は、導波管２５を搬送されて真空
容器２の天井部に至り、ここの透過窓２３を透過してマ
イクロ波Ｍが第１の真空室２１内へ導入される。一方真
空室２内には第１の電磁コイル３により上から下に向か
う磁場が、また第２の電磁コイル５により上から下に向
かう磁場が夫々形成され、結果として図２に示すように
第１の真空室２１の上部から第２の真空室２２の下部に
向かう磁場が形成される。そして前記位置Ｐ（ＥＣＲポ
イント）では磁場の強さが８７５ガウスとなり、磁場と
マイクロ波Ｍとの相互作用により電子サイクロトロン共
鳴が生じ、この共鳴によりＡｒガスがプラズマ化され、
且つ高密度化される。なおＡｒガスを用いることにより
プラズマが安定する。
【００２０】第１の真空室２１より第２の真空室２２内
に流れ込んだプラズマ流は、ここに供給されているＳｉ
Ｈ4 ガスを活性化させて活性種を形成する。一方プラズ
マイオンこの例ではＡｒイオンはプラズマ引き込み用の
バイアス電圧によりウエハＷに引き込まれ、ウエハＷ表
面のパターン（凹部）に堆積されたＳｉＯ2 膜の角をＡ
ｒイオンのスパッタエッチング作用により削り取って間
口を広げながら、ＳｉＯ2 膜が成膜されて凹部内に埋め
込まれる。
に流れ込んだプラズマ流は、ここに供給されているＳｉ
Ｈ4 ガスを活性化させて活性種を形成する。一方プラズ
マイオンこの例ではＡｒイオンはプラズマ引き込み用の
バイアス電圧によりウエハＷに引き込まれ、ウエハＷ表
面のパターン（凹部）に堆積されたＳｉＯ2 膜の角をＡ
ｒイオンのスパッタエッチング作用により削り取って間
口を広げながら、ＳｉＯ2 膜が成膜されて凹部内に埋め
込まれる。
【００２１】ここで上述のように電磁コイル３、５を配
置することにより図２に示すようにウエハＷ表面におけ
る磁場の水平成分Ｂｒがほぼ零となり、また磁場の垂直
成分Ｂｚのばらつき（最大値と最小値との差）ΔＢｚが
ほぼ零となる。この点について実施の形態に係る装置に
対して比較する図３の装置を引き合いに出しながら述べ
ると、図３の比較装置では第２の電磁コイル５’を第１
の電磁コイル３とほぼ同じ内径とし、真空室２の下方側
にて第１の電磁コイル３のほぼ真下に設けてある。この
場合磁場はウエハＷの高さレベル付近において膨らんだ
形状となっており、磁場の水平成分Ｂｒはほぼ零となっ
ている。
置することにより図２に示すようにウエハＷ表面におけ
る磁場の水平成分Ｂｒがほぼ零となり、また磁場の垂直
成分Ｂｚのばらつき（最大値と最小値との差）ΔＢｚが
ほぼ零となる。この点について実施の形態に係る装置に
対して比較する図３の装置を引き合いに出しながら述べ
ると、図３の比較装置では第２の電磁コイル５’を第１
の電磁コイル３とほぼ同じ内径とし、真空室２の下方側
にて第１の電磁コイル３のほぼ真下に設けてある。この
場合磁場はウエハＷの高さレベル付近において膨らんだ
形状となっており、磁場の水平成分Ｂｒはほぼ零となっ
ている。
【００２２】図４は、比較装置におけるＥＣＲポイント
及びウエハＷ間の磁場の形状を模式的に示すと共に、ウ
エハＷに成膜された薄膜の膜厚についての面内均一性を
示す説明図であり、ＥＣＲポイントにて束ねられている
磁力線が下に向かって広がっている様子が分かる。ＥＣ
Ｒポイントでは８７５ガウスであった磁場は、この広が
りによって小さくなると共に、中心から外に向かう程小
さくなっていく。このため磁場領域の外縁とウエハＷの
中心部とでは磁場の垂直成分Ｂｚの差ΔＢｚが大きくな
ってしまう。
及びウエハＷ間の磁場の形状を模式的に示すと共に、ウ
エハＷに成膜された薄膜の膜厚についての面内均一性を
示す説明図であり、ＥＣＲポイントにて束ねられている
磁力線が下に向かって広がっている様子が分かる。ＥＣ
Ｒポイントでは８７５ガウスであった磁場は、この広が
りによって小さくなると共に、中心から外に向かう程小
さくなっていく。このため磁場領域の外縁とウエハＷの
中心部とでは磁場の垂直成分Ｂｚの差ΔＢｚが大きくな
ってしまう。
【００２３】これに対して本実施の形態の場合にはＥＣ
Ｒポイントから下に向かって広がろうとしている磁束が
載置台４の側方に設けられた第２の電磁コイル５によっ
てＥＣＲポイントとウエハＷとの間においてかなり絞り
込まれ、このため図５に示すようにウエハＷ表面におけ
る磁場の広がりは比較例の場合よりも小さい。例えば比
較例ではウエハＷの中心（センター）及び端部（エッ
ジ）の磁場は夫々およそ３５０ガウス及び２９０ガウス
であり、ΔＢｚはおよそ６０ガウスであったが、本実施
の形態ではこれらの磁場は夫々およそ５００ガウス及び
４９０ガウスであり、ΔＢｚはおよそ１０ガウスであっ
た。
Ｒポイントから下に向かって広がろうとしている磁束が
載置台４の側方に設けられた第２の電磁コイル５によっ
てＥＣＲポイントとウエハＷとの間においてかなり絞り
込まれ、このため図５に示すようにウエハＷ表面におけ
る磁場の広がりは比較例の場合よりも小さい。例えば比
較例ではウエハＷの中心（センター）及び端部（エッ
ジ）の磁場は夫々およそ３５０ガウス及び２９０ガウス
であり、ΔＢｚはおよそ６０ガウスであったが、本実施
の形態ではこれらの磁場は夫々およそ５００ガウス及び
４９０ガウスであり、ΔＢｚはおよそ１０ガウスであっ
た。
【００２４】本実施の形態の装置と比較装置とを用い
て、磁場以外については、例えば上述のプロセス条件で
夫々成膜を行うと図４及び図５に示してあるように本実
施の形態の方が膜厚の面内均一性が高い。これはプラズ
マ中の活性粒子が磁力線に絡んで降りてくるため、ウエ
ハＷ表面における磁場の垂直成分Ｂｚの大きさの差がプ
ラズマ密度の差となって現われ、この結果比較例ではウ
エハＷの中心部の膜厚が周縁部の膜厚よりもかなり大き
くなるが、本実施の形態ではその差が小さく、面内均一
性が高いと推察される。
て、磁場以外については、例えば上述のプロセス条件で
夫々成膜を行うと図４及び図５に示してあるように本実
施の形態の方が膜厚の面内均一性が高い。これはプラズ
マ中の活性粒子が磁力線に絡んで降りてくるため、ウエ
ハＷ表面における磁場の垂直成分Ｂｚの大きさの差がプ
ラズマ密度の差となって現われ、この結果比較例ではウ
エハＷの中心部の膜厚が周縁部の膜厚よりもかなり大き
くなるが、本実施の形態ではその差が小さく、面内均一
性が高いと推察される。
【００２５】このようにΔＢｚがほぼ零であること、即
ち本発明者の後述の実験によれば３０ガウス以内であれ
ば、膜厚について高い面内均一性を確保することができ
る。なお本発明は、磁場の水平成分Ｂｒがほぼ零である
ことを前提としているが、ウエハ表面のダメージを抑え
るためには「課題」の項で述べたようにＢｒが３０ガウ
ス以内であればよい。また本発明は磁場形成手段として
永久磁石を用いてもよい。
ち本発明者の後述の実験によれば３０ガウス以内であれ
ば、膜厚について高い面内均一性を確保することができ
る。なお本発明は、磁場の水平成分Ｂｒがほぼ零である
ことを前提としているが、ウエハ表面のダメージを抑え
るためには「課題」の項で述べたようにＢｒが３０ガウ
ス以内であればよい。また本発明は磁場形成手段として
永久磁石を用いてもよい。
【００２６】（実施例）第２の電磁コイル５の高さ位
置、コイルの径及び励磁電流を変えてＢｒを３０ガウス
以内に保ちながら磁場の広がりの程度を変え、ウエハＷ
表面上のＢｚの分布と膜厚の面内均一性との関係を調べ
た。なおＢｒ、Ｂｚの測定についてはホール素子を使用
したガウスメータで測定した。成膜プロセスについては
いずれも同じ条件で行い、上述のガスノズル３１からは
Ａｒガス及びＯ2 ガスを、ガス供給部３２からはＳｉＨ
4 ガスを夫々真空室２内に導入し、８インチウエハＷの
表面に厚さ約４０００オングストロームのＳｉＯ2 膜を
成膜した。結果は図６に示す通りである（図中Ｇはガウ
スを意味する）。この結果から分かるようにΔＢｚが３
０ガウス以内であれば膜厚の面内均一性が４．０％以下
に収まっているが、ΔＢｚが３０ガウスを越えると膜厚
の面内均一性が悪くなり、４０ガウスを越えるとかなり
悪くなってくる。従ってΔＢｚは３０ガウス以内であれ
ば高い面内均一性が得られる。
置、コイルの径及び励磁電流を変えてＢｒを３０ガウス
以内に保ちながら磁場の広がりの程度を変え、ウエハＷ
表面上のＢｚの分布と膜厚の面内均一性との関係を調べ
た。なおＢｒ、Ｂｚの測定についてはホール素子を使用
したガウスメータで測定した。成膜プロセスについては
いずれも同じ条件で行い、上述のガスノズル３１からは
Ａｒガス及びＯ2 ガスを、ガス供給部３２からはＳｉＨ
4 ガスを夫々真空室２内に導入し、８インチウエハＷの
表面に厚さ約４０００オングストロームのＳｉＯ2 膜を
成膜した。結果は図６に示す通りである（図中Ｇはガウ
スを意味する）。この結果から分かるようにΔＢｚが３
０ガウス以内であれば膜厚の面内均一性が４．０％以下
に収まっているが、ΔＢｚが３０ガウスを越えると膜厚
の面内均一性が悪くなり、４０ガウスを越えるとかなり
悪くなってくる。従ってΔＢｚは３０ガウス以内であれ
ば高い面内均一性が得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば被処理基板
に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことがで
きる。
に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことがで
きる。
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を
示す縦断側面図である。
示す縦断側面図である。
【図２】本発明の実施の形態における磁場を示す説明図
である。
である。
【図３】比較例における磁場を示す説明図である。
【図４】比較例において磁場の広がり方とウエハ表面の
膜厚分布とを対応付けて模式的に示した説明図である。
膜厚分布とを対応付けて模式的に示した説明図である。
【図５】実施の形態において磁場の広がり方とウエハ表
面の膜厚分布とを対応付けて模式的に示した説明図であ
る。
面の膜厚分布とを対応付けて模式的に示した説明図であ
る。
【図６】本発明の実施例の結果を示す説明図である。
【図７】従来のＥＣＲプラズマ処理装置を示す概略断面
図である。
図である。
２ 真空容器
２１ 第１の真空室
２２ 第２の真空室
２３ 導波管
３ 第１の電磁コイル
３１ ガスノズル
３２ ガス供給部
５ 第２の電磁コイル
Ｗ 半導体ウエハ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 １０１Ｄ
(56)参考文献 特開 平９−50991（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−21391（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−37009（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−183095（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−6381（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−267237（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/31
C23C 16/511
C23F 4/00
H01L 21/205
H01L 21/3065
H05H 1/46
Claims (2)
- 【請求項１】 真空室内に磁場形成手段により磁場を形
成すると共にマイクロ波を伝播させ、かつ処理ガスを導
入して電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生さ
せ、このプラズマに基づいて載置部に載置された被処理
基板を処理する装置において、磁場形成手段は、被処理基板の被処理面に対向する領域
を囲むように被処理基板の中心軸の周りに設けられた第
１の電磁コイルと、少なくとも前記被処理基板よりも下
方側の領域で前記中心軸の周りに設けられ、第１の電磁
コイルよりもコイル径が大きい第２の電磁コイルと、か
らなり、 前記被処理基板の表面に平行な磁場の強さを３０ガウス
以下とし、 前記被処理基板における当該被処理基板の表面に垂直な
磁場の強さの最大値と最小値との差を３０ガウス以内と
し、 前記垂直な磁場の強さは、基板の中心から外に向かうほ
ど小さくなっていく ことを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項２】 真空室内に磁場形成手段により磁場を形
成すると共にマイクロ波を伝播させ、かつ処理ガスを導
入して電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生さ
せ、このプラズマに基づいて載置部に載置された被処理
基板を処理する方法において、被処理基板の被処理面に対向する領域を囲むように被処
理基板の中心軸の周りに設けられた第１の電磁コイル
と、少なくとも前記被処理基板よりも下方側の領域で前
記中心軸の周りに設けられ、第１の電磁コイルよりもコ
イル径が大きい第２の電磁コイルと、からなる磁場形成
手段を用い、 前記被処理基板の表面に平行な磁場の強さを３０ガウス
以下とする工程と、 前記被処理基板における当該被処理基板の表面に垂直な
磁場の強さの最大値と最小値との差を３０ガウス以内と
し、前記垂直な磁場の強さは、基板の中心から外に向か
うほど小さくなっていく工程と、を備えたことを特徴と
するプラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26774897A JP3432720B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26774897A JP3432720B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1187328A JPH1187328A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3432720B2 true JP3432720B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=17449036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26774897A Expired - Fee Related JP3432720B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3432720B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6546041B2 (ja) * | 2015-08-25 | 2019-07-17 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置 |
-
1997
- 1997-09-12 JP JP26774897A patent/JP3432720B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1187328A (ja) | 1999-03-30 |
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